(57)【要約】【課題】  温度上昇による光ファイバとレーザダイオードの結合効率の低下を防ぐことができる一心双方向光モジュールを得る。【解決手段】  フォトダイオードとレーザダイオードが搭載された支持台と、光ファイバと支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第１のレンズ及び回折格子と、支持台上に設けられ、レーザダイオードを保持する保持部材とを有し、光ファイバから出射され回折格子により回折された０次回折光が第１のレンズにより収束されてフォトダイオードに光学的に結合され、レーザダイオードから出射され回折格子により回折された±１次又はそれ以上の高次回折光が第１のレンズにより収束されて光ファイバに光学的に結合され、保持部材は、温度上昇に伴って０次回折光の光軸から離れる方向にレーザダイオードを変位させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードとレーザダイオードが搭載された支持台と、
光ファイバと前記支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第１のレンズ及び回折格子と、
前記支持台上に設けられ、前記レーザダイオードを保持する保持部材とを有し、
前記光ファイバから出射され前記回折格子により回折された０次回折光が前記第１のレンズにより収束されて前記フォトダイオードに光学的に結合され、
前記レーザダイオードから出射され前記回折格子により回折された±１次又はそれ以上の高次回折光が前記第１のレンズにより収束されて前記光ファイバに光学的に結合され、
前記保持部材は、温度上昇に伴って前記０次回折光の光軸から離れる方向に前記レーザダイオードを変位させることを特徴とする一心双方向光モジュール。
【請求項２】
前記光ファイバから出射される光の波長をλ、前記回折格子を構成する部材の屈折率をｎ、Ｎを１以上の任意の整数、前記回折格子の格子溝探さをｄとして、ｄ＝Ｎ・λ／（ｎ−１）の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の一心双方向光モジュール。
【請求項３】
前記保持部材は、第１の金属板と、前記第１の金属板よりも熱膨張係数が低い第２の金属板とを張り合わせたバイメタルであり、
前記保持部材は、前記第１の金属板が前記第２の金属板よりも前記０次回折光の光軸に近くなるように前記支持台上に固定され、
前記レーザダイオードは、前記保持部材の側面に保持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の一心双方向光モジュール。
【請求項４】
前記レーザダイオードのレーザ光出射方向に一体的に設けられた第２のレンズを更に有することを特徴とする請求項３に記載の一心双方向光モジュール。
【請求項５】
フォトダイオードとレーザダイオードが搭載された支持台と、
光ファイバと前記支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第１のレンズ及び回折格子とを有し、
前記光ファイバから出射され前記回折格子により回折された０次回折光が前記第１のレンズにより収束されて前記フォトダイオードに光学的に結合され、
前記レーザダイオードから出射され前記回折格子により回折された±１次又はそれ以上の高次回折光が前記第１のレンズにより収束されて前記光ファイバに光学的に結合され、
温度上昇に伴って前記モジュール筐体全体が反ることによって、前記第１のレンズが０次回折光の光軸に対して垂直方向に変位することを特徴とする一心双方向光モジュール。
【請求項６】
前記モジュール筐体は、構成材料の熱膨張係数が前記０次回折光の光軸を中心として非対称であり、前記レーザダイオード側の構成材料が他方の側の構成材料よりも熱膨張率が低いことを特徴とする請求項５に記載の一心双方向光モジュール。
【請求項７】
フォトダイオードとレーザダイオードが搭載された支持台と、
光ファイバと前記支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第１のレンズ及び回折格子と、
前記光ファイバを保持する保持部材とを有し、
前記光ファイバから出射され前記回折格子により回折された０次回折光が前記第１のレンズにより収束されて前記フォトダイオードに光学的に結合され、
前記レーザダイオードから出射され前記回折格子により回折された±１次又はそれ以上の高次回折光が前記第１のレンズにより収束されて前記光ファイバに光学的に結合され、
前記保持部材は、温度上昇に伴って前記０次回折光の光軸から離れる方向に前記光ファイバを変位させることを特徴とする一心双方向光モジュール。
【請求項８】
前記保持部材は、第１の金属板と、前記第１の金属板よりも熱膨張係数が低い第２の金属板とを張り合わせたバイメタルであり、
前記保持部材は、前記第１の金属板が前記第２の金属板よりも前記０次回折光の光軸に近くなるように前記モジュール筐体に固定され、
前記光ファイバは、前記保持部材の側面に保持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の一心双方向光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一本の光ファイバを通じて２以上の波長により双方向通信する際に用いる一心双方向光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の一心双方向光モジュールを示す断面図である。図示のように、レーザダイオード４１から出射され回折格子４２により回折された０次回折光はレンズ４３により収束されて光ファイバ４４に光学的に結合される。そして、光ファイバ４４から出射され回折格子４２により回折された±１次又はそれ以上の高次回折光はレンズ４３により収束されてフォトダイオード４５に光学的に結合される。
【０００３】
即ち、従来の一心双方向モジュールでは、送信光として０次回折光を用い、受信光として高次回折光を用いていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、０次回折光の回折角度は波長に依存せず０度であるため、レーザダイオードの波長が温度に依存して変化しても安定して高い結合効率を得ることができる。一方、高次回折光の回折角度は波長に依存して変化するが、光径の大きなフォトダイオードを用いれば結合効率の低下を防ぐことができる。しかし、受信光が１次又はそれ以上の高次の回折を受けて回折効率が低下するため、十分な受信感度が得られないという問題があった。
【０００５】
そこで、受信光として０次回折光を用い、送信光として高次回析光を用いた一心双方向光モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。回折効率の高い０次回折光を受信光として用いることによって、送受信間のダイナミックレンジを広げることができ、信号をより遠距離に送信し、光学的に分配することができる。
【０００６】
【特許文献１】US Patent 4,834,485 “Integrated Fiber Optics Transmitter/Receiver Device”
【特許文献２】特開平５−２４１０４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、温度上昇によりレーザダイオードの出射光は長波長側に変化するため、出射光の回折角は大きくなる。従って、送信光として高次回析光を用いた場合、温度上昇によりレーザダイオードの出射光の集光位置が、０次回折光の光軸から離れる方向にずれ、光ファイバとレーザダイオードの結合効率が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、温度上昇による光ファイバとレーザダイオードの結合効率の低下を防ぐことができる一心双方向光モジュールを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る一心双方向光モジュールは、フォトダイオードとレーザダイオードが搭載された支持台と、光ファイバと支持台の間に位置するようにモジュール筐体に固定された第１のレンズ及び回折格子と、支持台上に設けられ、レーザダイオードを保持する保持部材とを有し、光ファイバから出射され回折格子により回折された０次回折光が第１のレンズにより収束されてフォトダイオードに光学的に結合され、レーザダイオードから出射され回折格子により回折された±１次又はそれ以上の高次回折光が第１のレンズにより収束されて光ファイバに光学的に結合され、保持部材は、温度上昇に伴って０次回折光の光軸から離れる方向にレーザダイオードを変位させる。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、温度上昇による光ファイバとレーザダイオードの結合効率の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。図示のように、光ファイバ１１と支持台（ステム）１２の間に位置するように、第１のレンズ１３及び回折格子１４が、モジュール筐体１５に固定されている。そして、支持台１２には、光ファイバ１１から放射された光の０次回折光の集光位置にフォトダイオード１６が搭載され、保持部材１７に保持されてレーザダイオード１８が搭載されている。また、レーザダイオード１８のレーザ光出射方向に第２のレンズ１９が一体的に設けられている。
【００１２】
光ファイバ１１は、シングルモードの光ファイバであり、波長１．３μｍ、１．５μｍの２波長の光を伝送する。そして、光ファイバ１１から出射され回折格子１４により回折された０次回折光が、第１のレンズ１３により収束されてフォトダイオード１６に光学的に結合される。これにより、光ファイバ１１から出射される１．５μｍの受信光は、フォトダイオード１６で電気信号に変換される。一方、レーザダイオード１８から出射され回折格子１４により回折された±１次又はそれ以上の高次回折光が、第１のレンズ１３により収束されて光ファイバ１１に光学的に結合される。これにより、レーザダイオード１８から出射される１．３μｍの送信光は、光ファイバ１１へ入射されて、遠方へと送信される。
【００１３】
また、光ファイバ１１から出射される光の波長をλ、回折格子１４を構成する部材の屈折率をｎ、Ｎを１以上の任意の整数、回折格子１４の格子溝探さをｄとして、ｄ＝Ｎ・λ／（ｎ−１）の関係の有するように構成されている。これにより、回折格子１４は、受信用の０次回折光をほぼ１００％透過させることができる。
【００１４】
また、保持部材１７は、銅板（第１の金属板）１７ａと、銅板１７ａよりも熱膨張係数が低いコバール板（第２の金属板）１７ｂとを冷間圧延又は熱間圧延により張り合わせたバイメタルである。そして、この保持部材１７は、銅板１７ａがコバール板１７ｂよりも０次回折光の光軸に近くなるように支持台１２上に銀ロウ付けにより固定されている。レーザダイオード１８は、保持部材１７の側面に半田付けにより保持されている。
【００１５】
この保持部材１７は、温度上昇に伴って０次回折光の光軸から離れる方向にレーザダイオード１８を変位させる。これにより、温度上昇に伴ってレーザダイオード１８が最適な結合位置に変位するため、温度上昇による光ファイバ１１とレーザダイオード１８の結合効率の低下を防ぐことができる。また、保持部材１７としてバイメタルを用いることで、安価な構成でかかる効果を生じさせることができる。
【００１６】
具体的には、レーザダイオード１８の発振波長は温度に依存して変化し、その変化率は０．４ｎｍ／℃程度である。従って、レーザダイオード１８の温度が１００℃変わると発振波長は４０ｎｍ程度変化し、これに伴って一次回折角は０．０１°程度変化する。一方、保持部材１７を構成するバイメタルは、この１００℃の温度変化でレーザダイオード１８及び第２のレンズを１０μｍ程度光軸垂直方向に変位させる。これにより、上述の発振波長変化による一次回折角の変化とこの保持部材１７による変位が相殺して、一定の結合効率を保つことができる。
【００１７】
また、バイメタルとレーザは近接して接合されているため、両者間の温度差はほとんど生じず、発振波長変化とバイメタルによる変位がほぼ同時におきるため、温度変化の過渡状態においても常に一定の結合効率を保つことができる。そして、銅板は熱伝導度も大きいため、レーザダイオード１８で発生する熱を効率的に周辺に放熱するという効果もある。
【００１８】
また、レーザダイオード１８と第２のレンズ１９を一体的に設けていることより、レーザダイオード１８と第２のレンズを一体化して動かすことができるため、より確実に温度上昇による光ファイバ１１とレーザダイオード１８の結合効率の低下を防ぐことができる。
【００１９】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。図１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００２０】
実施の形態２では、モジュール筐体の構成材料の熱膨張係数が０次回折光の光軸を中心として非対称となっている。レーザダイオード１８側のモジュール筐体１５ａがコバール材で構成され、他方の側のモジュール筐体１５ｂが鋼材で構成されている。即ち、レーザダイオード１８側の構成材料が他方の側の構成材料よりも熱膨張率が低くなっている。また、レーザダイオード１８を保持する保持部材１７は、バイメタルではなく単純な銅板で構成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２１】
そして、温度上昇に伴ってモジュール筐体１５ａ，１５ｂ全体が反ることによって、第１のレンズ１３が０次回折光の光軸に対して垂直方向に変位する。これにより、温度上昇に伴って第１のレンズが最適な結合位置に変位するため、実施の形態１と同様に、温度上昇による光ファイバとレーザダイオードの結合効率の低下を防ぐことができる。また、モジュール筐体の構成材料の熱膨張係数を非対称とすることで、安価な構成でかかる効果を生じさせることができる。
【００２２】
なお、フォトダイオード１６へ入射する０次回折光も温度変化に伴ってわずかに変位するが、フォトダイオード１６の受光径は２０μｍ程度あるため、結合効率は低下しない。
【００２３】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。図１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００２４】
実施の形態３では、光ファイバ１１を保持部材２０により保持している。また、レーザダイオード１８を保持する保持部材１７は、バイメタルではなく単純な銅板で構成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２５】
そして、保持部材２０は、銅板（第１の金属板）２０ａと、銅板２０ａよりも熱膨張係数が低いコバール板（第２の金属板）２０ｂとを冷間圧延又は熱間圧延により張り合わせたバイメタルである。そして、この保持部材１７は、銅板２０ａがコバール板２０ｂよりも０次回折光の光軸に近くなるように支持台１２上に銀ロウ付けにより固定されている。光ファイバ１１は、保持部材１７の側面に半田付けにより保持されている。
【００２６】
この保持部材２０は、温度上昇に伴って０次回折光の光軸から離れる方向に光ファイバ１１を変位させる。これにより、温度上昇に伴って光ファイバ１１が最適な結合位置に変位するため、温度上昇による光ファイバ１１とレーザダイオード１８の結合効率の低下を防ぐことができる。また、保持部材２０としてバイメタルを用いることで、安価な構成でかかる効果を生じさせることができる。
【００２７】
なお、フォトダイオード１６の受光径は２０μｍ程度あるため、光ファイバ１１を変位させても、結合効率は低下しない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る一心双方向光モジュールを示す断面図である。
【図４】従来の一心双方向光モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１  光ファイバ
１２  支持台
１３  第１のレンズ
１４  回折格子
１５，１５ａ，１５ｂ  モジュール筐体
１６  フォトダイオード
１７  保持部材
１８  レーザダイオード
１９  第２のレンズ
２０  保持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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